JP5538364B2 - 太陽電池モジュール用裏面保護シートとその製造方法及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
本願は、2009年3月27日に、日本に出願された特願2009−78707号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図3は、太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
太陽電池モジュール50の主な構成は、光発電素子である太陽電池セル40、電気回路のショートを防ぐ電気絶縁体である封止材30、封止材30の表面に積層された表面保護シート(以下、フロントシートと記す)10と、封止材30の裏面に積層された裏面保護シート(以下、バックシートと記す。)20とから概略構成されている。
また、バックシートにおいてはさらに、耐久性、光反射性を持たせる必要がある。
しかしながら、特許文献1に開示されたバックシートのように、フッ素樹脂層中に顔料を均一に分散した構造では、水蒸気バリア性や耐候性の改善には限界があった。バックシートの水蒸気バリア性や耐候性を高めるために、フッ素樹脂層中の顔料を増量した場合には、フッ素樹脂層と基材シートとの密着性が悪化してフッ素樹脂層が剥がれやすくなったり、フッ素樹脂層が割れ易くなるなどの問題が生じてしまう。
また、フッ素樹脂層の厚さ方向における基材シート側の顔料密度が低いので、フッ素樹脂層と基材シートとの密着性が十分に得られ、フッ素樹脂層の剥がれを防止することができ、耐久性に優れている。
さらに、フッ素樹脂層の厚さ方向における基材シートと反対側の顔料密度が高いことで、フッ素樹脂層の表面粗さが大きくなるので、バックシートをロール巻きして保管後にバックシートを引き出す際にフッ素樹脂層が接していたシート面に密着してしまうブロッキングを防止できる。
図3に例示するように、この太陽電池モジュール50は、太陽電池セル40とこれを被覆する封止材30と、該封止材30の表面(受光面)側に固定されたフロントシート10と、封止材30の裏面(背面)側に固着されたバックシート20とを有する構成になっている。屋外および屋内において長期間の使用に耐えうる耐候性および耐久性を太陽電池モジュールにもたせるためには、太陽電池セル40および封止材30を風雨、湿気、砂埃、機械的な衝撃などから守り、太陽電池モジュールの内部を外気から遮断して密閉した状態に保つことが必要である。このため、バックシート20には、高い水蒸気バリア性や耐候性が求められている。さらに、このバックシートには、太陽電池モジュール50の受光面から入射した光が、複数の太陽電池セル40間の隙間を通って裏面側に抜け出すことによる受光ロスを少しでも減少させるために、バックシート20になるべく高い反射率を持たせることが求められている。
図1Aのバックシート20は、基材シート21の一方の面にフッ素樹脂層22が積層され、基材シート21の他方の面に直接接着層23が積層された構成になっている。図1Bのバックシート20は、基材シート21の一方の面にフッ素樹脂層22が積層され、基材シート21の他方の面にラミネート用接着剤層24を介して接着層23が積層された構成になっている。
また、前記PET、PBT、PEN等のポリエステルからなる基材シート21は、公知の方法で耐加水分解性が付与されたものであることがより好ましい。これらの好適な樹脂シートを基材シート21として用いた場合、当該バックシート20の水蒸気バリア性、電気絶縁性、耐熱性、耐薬品性をより向上させることができる。
前記ゼッフル(商品名)は、TFEと有機溶媒可溶性の炭化水素オレフィンとの共重合体であり、なかでも反応性の高い水酸基を備えた炭化水素オレフィンを有する場合には、溶剤可溶性、架橋反応性、基材密着性、および顔料分散性に優れるので好ましい。
具体的には、充填剤としては、耐久性や紫外線遮蔽性を付与するため、被覆および表面処理されたルチル型二酸化チタンである「タイピュア R105(商品名、デュポン社製)」、および、ジメチルシリコーンの表面処理によってシリカ表面の水酸基を修飾した疎水性シリカであるCAB−O−SIL TS 720(商品名、Cabot社製)が好適に用いられる。
顔料25の含有量が前記範囲未満であると、顔料25を基材シート反対面側に高密度で集めたとしても、フッ素樹脂層22の水蒸気バリア性や耐候性の改善効果が十分に得られなくなる。一方、顔料25の含有量が前記範囲を超えると、顔料が過剰になって、顔料25の密度を基材シート側で低くしても、フッ素樹脂層22と基材シート21との密着性が悪くなったり、塗工液の粘度が著しく上昇し、塗工適性が悪くなり、乾燥後の塗工面にスジや気泡痕が生じる可能性がある。
さらに、封止材30と熱接着することが可能なように、熱接着性を有していることが好ましい。ここで、熱接着性とは、加熱処理によって接着性を発現する性質のことである。
該加熱処理における温度としては、通常50〜200℃の範囲である。熱接着性を有する観点から、接着層23としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン−メタクリル酸共重合体(EMAA)、アイオノマー樹脂、およびそれらの混合物からなる群から選択される1種からなる樹脂が好ましい。一般に、前記封止材30はEVAからなる封止樹脂であることが多く、この場合、前記接着層23がEVAを主成分とするポリマーからなる樹脂であることにより、封止材30と接着層23との密着性を向上させることができる。
また各種の配合剤としては、有機化合物、無機化合物のいずれであってもよく、樹脂工業において通常用いられる配合剤が用いられる。例えば、老化防止剤、安定剤、二酸化チタンなどの顔料、難燃剤、可塑剤、結晶核剤、塩酸吸収剤、帯電防止剤、無機フィラー、滑剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤が用いられる。
また、フッ素樹脂層22の厚さ方向における基材シート側の顔料密度が低いので、フッ素樹脂層22と基材シート21との密着性が十分に得られ、フッ素樹脂層22の剥がれを防止することができ、耐久性に優れている。
さらに、フッ素樹脂層22の厚さ方向における基材シート側の顔料密度が高いことで、フッ素樹脂層22の表面粗さが大きくなるので、バックシート20をロール巻きして保管後、バックシート20を引き出す際にフッ素樹脂層22が接していたシート面に密着してしまうブロッキングを防止できる。
前記塗工液が硬化して形成される前記フッ素樹脂層22の膜厚としては特に限定されず、例えば5μm以上の膜厚とすればよい。水蒸気バリア性、耐候性および軽量性の観点から、該フッ素樹脂層22の膜厚としては、5〜100μmが好ましく、8〜50μmがより好ましく、10〜20μmがさらに好ましい。
これによって、図2に示すように、フッ素樹脂層22の厚さ方向における顔料25の密度が、基材シート側よりも基材シート反対面側(外面側)の方が高くなっているフッ素樹脂層22が形成される。
この太陽電池モジュール50の種類や構造は特に限定されず、アモルファスシリコン太陽電池、結晶シリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、ガリウムヒ素などの化合物半導体型太陽電池、色素増感型太陽電池とすることができる。
本発明の太陽電池モジュールは、前記バックシート20を、このモジュールを構成する封止材の裏面(背面)に接着してなるものなので、水蒸気バリア性、耐候性に優れ、屋外での長期間の使用に耐えうる耐久性を保持したものとなる。
[フッ素樹脂層形成用塗工液]
メチルエチルケトン120質量部、シリカ(Cabot社製、商品名:CAB−O−SIL TS−720)18.2質量部、二酸化チタン(デュポン社製、商品名:タイピュア R−105)100質量部を混合した後、T.K.ホモディスパー(プライミクス社製)にて30分間分散させ、顔料分散液を調整した。
調整した顔料分散液87質量部にフッ素樹脂としてCTFE系共重合体(旭硝子社製、商品名:ルミフロンLF200、固形分濃度60質量%)100質量部、脂肪族系イソシアネート架橋剤(住化バイエルウレタン社製、スミジュールN3300、固形分濃度100質量%)10.7質量部、架橋促進剤としてジオクチルジラウリン酸スズ0.0001質量部、メチルエチルケトン110質量部を配合してフッ素樹脂層形成用塗工液を調製した。
ウレタン系接着剤の主剤(三井化学社製、商品名:「タケラックA−515)90質量部と硬化剤(三井化学社製、商品名:「タケネートA−3」)10質量部の量で配合し、ラミネート用接着剤層形成用塗工液とした。
実施例1において二酸化チタンの量を50質量部としたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2のバックシートを作製した。
実施例1においてCTFE系共重合体に替えてTFE系ポリマー(ダイキン工業社製、商品名:ゼッフル、固形分濃度65質量%)を同量使用したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3のバックシートを作製した。
実施例1において未乾燥塗膜表面が上向きとなるように設置し、塗膜表面側に温度120℃、風速2m/sの熱風を吹き付けて60秒間乾燥させたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1のバックシートを作製した。
実施例2において未乾燥塗膜表面が上向きとなるように設置し、塗膜表面側に温度120℃、風速2m/sの熱風を吹き付けて60秒間乾燥させたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2のバックシートを作製した。
実施例1において未乾燥塗膜表面が上向きとなるように設置し、塗膜表面側に温度25℃、風速2m/sの風を吹き付けて120秒間乾燥させたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例3のバックシートを作製した。
実施例2において未乾燥塗膜表面が上向きとなるように設置し、塗膜表面側に温度25℃、風速2m/sの風を吹き付けて120秒間乾燥させたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4のバックシートを作製した。
JIS Z8741−1997に従って、日本電色工業社製、グロスメーターVG2000を用いて、作製したバックシートのフッ素樹脂層表面の鏡面光沢度(60o)を測定した。
算術平均粗さ(Ra)
JIS B0601−1994に従い、カットオフ値λc=0.8mm、評価長さln=10mmとし、ミツトヨ社製サーフテストSV−3000S4を使用して、作製したバックシートのフッ素樹脂層表面の算術平均粗さを測定した。
JIS K5600−5−6:1999に準拠し、作製した実施例1〜3、比較例1〜4の各バックシートのフッ素樹脂層に1mm角の格子状切り込みを10×10マス作製し、セロハンテープ(ニチバン社製:CT24)を貼着し、該テープを剥がした際、100マスの内、剥離したマス目の数を調べ、下記の評価基準で密着力を評価した。
A:非常に良好 0マス以上5マス未満の剥離
B:良好 5マス以上10マス未満の剥離
C:やや悪い 10マス以上20マス未満の剥離
D:悪い 20マス以上の剥離
作製したバックシートを90mm×90mmに切断し、この試験片をASTM F1249に従って水蒸気透過度測定装置(MOCON社製:PERMATRAN−W 3/33)を用いて40℃−90%RHの条件で水蒸気透過度を測定し、水蒸気バリア性の評価を実施した。
作製したバックシートを70mm×150mmに切断し、サンシャインカーボンウェザーメーター(スガ試験機社製:WEL−SUN−HC・B)に設置し、直接照射により試験を実施した。なお、試験条件として、ブラックパネル温度:63±3℃、水スプレー時間18分/120分で実施した。評価においては、クラックの有無を確認した。クラック有をB、クラック無しをAとして評価した。
作製したバックシートを、A4の大きさ(縦297mm×横210mm)で切り出した。切り出したシートをフッ素樹脂層とフッ素樹脂層がない面とが接するように10枚重ねた後、その上下をA4サイズ、厚さ3mmの塩化ビニル製の板で挟み、重さ1kgの重りを乗せ40℃、80%RHの恒温恒湿槽中で7日間保管後、23℃、50%RHの恒温室内で1時間静置した。次いで、そのシートを上から順に手で剥がし、シートの積層界面で抵抗なく剥がれるかを、下記の評価基準に従って評価した。
A:抵抗なく剥がれる(ブロッキングなし)
B:抵抗がある(ブロッキングあり)
実施例1〜3のバックシートは、基材シート反対面側(外面側)に顔料が偏在していることで、そのフッ素樹脂層の光沢(グロス)が10〜11程度と低くなり、表面粗さ(Ra)が1.0μm以上になった。
実施例1〜3のバックシートは、基材シート側の顔料が低密度となったことから、フッ素樹脂層中の顔料が均一に分散した構造である比較例1,2のバックシートに比べ、フッ素樹脂層と基材シートとの密着性に優れていた。
また、実施例1〜3のバックシートは、フッ素樹脂層中の顔料が均一に分散した構造である比較例1,2のバックシートに比べ、水蒸気透過度が低くなり、従来品よりも優れた水蒸気バリア性を有していた。
また、実施例1〜3のバックシートは、フッ素樹脂層の表面粗さが1.0μm以上であることから、ブロッキング性が良好であった。
以上の結果から、本発明のバックシートは、フッ素樹脂層の基材シートに対する密着性を確保しつつ、水蒸気バリア性や耐候性を高めることができる。従って本発明のバックシートは、太陽電池モジュール用のバックシートとして有用である。
その結果、比較例1,2のバックシートは、フッ素樹脂層の光沢(グロス)が高くなり、表面粗さ(Ra)が0.61〜0.79μmと低くなった。
また、比較例1,2のバックシートは、実施例1〜3と比べ、フッ素樹脂層と基材シートとの密着性が悪かった。
また、比較例1,2のバックシートは、実施例1〜3と比べて水蒸気透過度が高くなり、水蒸気バリア性が劣っていた。また、耐候性は良好であったものの、ブロッキング性が悪かった。
比較例3,4のバックシートは、基材シート反対面側の顔料の密度が低いために、顔料が均一に分散している比較例1,2と比べ、フッ素樹脂層の光沢(グロス)が高くなり、表面粗さ(Ra)が0.10〜0.12μmと低くなった。
また、比較例3,4のバックシートは、基材シート側に顔料が高密度に偏在していることから、フッ素樹脂層と基材シートとの密着性が悪かった。
また、比較例3,4のバックシートは、実施例1〜3と比べて水蒸気透過度が高くなり、水蒸気バリア性が劣り、さらに耐候性及びブロッキング性についても悪かった。
20 …裏面保護シート(バックシート)
21 …基材シート
22 …フッ素樹脂層
23 …接着層
24 …ラミネート用接着剤層
25 …顔料
26 …フッ素樹脂
30 …封止材
40 …太陽電池セル
50 …太陽電池モジュール
Claims (6)
- 基材シートの少なくとも一方の面に顔料を含むフッ素樹脂層が形成された太陽電池モジュール用裏面保護シートにおいて、
前記フッ素樹脂層の厚さ方向における顔料の密度が、基材シート側よりも基材シート反対側の方が高くなっており、
前記フッ素樹脂層の基材シート反対側におけるJIS B0601−1994に準拠し測定した算術平均粗さ(Ra)が1.0μm以上である太陽電池モジュール用裏面保護シート。 - 前記顔料が、二酸化チタン、表面処理二酸化チタン、シリカ、表面処理シリカから成る群から選択される1種又は2種以上である請求項1に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 基材シートの一方の面に前記フッ素樹脂層が形成され、基材シートの他方の面に接着層が形成されてなる請求項1に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シート。
- 基材シートの少なくとも一方の面に、フッ素樹脂と顔料を含む塗工液を塗布し、乾燥させることにより、前記基材シート反対側となる面におけるJIS B0601−1994に準拠し測定した算術平均粗さ(Ra)が1.0μm以上のフッ素樹脂層を形成させて太陽電池モジュール用裏面保護シートを製造する方法であって、
前記フッ素樹脂層は、フッ素樹脂と顔料と溶媒とを含む塗工液を基材シートの少なくとも一方の面に塗布することと、該基材シートの未乾燥塗膜表面が、下向きになるように基材シートを設置して該塗膜を乾燥処理し、フッ素樹脂層を形成する乾燥することを含む太陽電池モジュール用裏面保護シートの製造方法。 - 前記乾燥処理において、前記未乾燥塗膜の乾燥温度が、前記塗工液に含まれる溶媒の沸点未満の温度で行うことを特徴とする請求項4に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シートの製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール用裏面保護シートを裏面に備えている太陽電池モジュール。
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